DE1458511A1

DE1458511A1 - Kupferhaltige Eisen-Nickel-Molybdaen-Legierungen fuer Feder-und Schwingelemente

Info

Publication number: DE1458511A1
Application number: DE19641458511
Authority: DE
Inventors: Lothar Jung
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1964-03-21
Filing date: 1964-03-21
Publication date: 1968-12-19
Also published as: CH441775A

Description

Kupferhaltige Eisen-Nickel-Molybdän-Legierungen für Feder-und Schwingelemente In vielen Anwendungsbereichen der Technik finden die elastischen Eigenschaften von Legierungen eine besondere Beachtung. So haben zeBa metallische Federelemente im Instrumentenbau und metallische Schwingelemente in der Filtertechnik elektromagnetischer Schwingungen eine breite Verwendung gefunden. Maßgebend für einen befriedigenden Einsatz von metallischen Feder- und Schwingelementen ist die Voraussetzung, daß die elastischen Eigenschaften von einer Temperaturänderung relativ unbeeinflußt bleiben, daho es wird gewünscht, daß'der bei Raumtemperatur vorliegende Wert des Elastizitäts- und Schubmoduls, bzwo der Wert der Querkontraktions (Poisson)- Zahl einer Legierung bei auftretenden Temperaturänderungen, entweder nur eine sehr geringe oder eine ganz spezielle Abweichung erfährt.
Es sind Eisen-Nickel-Molybdän-Legierungen bekannt, bei denen der Einfluß einer Temperaturänderung auf die elastischen Eigenschaften der Legierung innerhalb,eines bestimmten Temperaturbereiches, durch gleichzeitig ablaufende, innere magnetische Vorg4nge kompensiert wird. Bei diesem Legierungstyp liegt die untere Temperaturgrenze des Kompensationsbereiches bei etwa - 50°C, während die obere Grenze durch die Curietentperatur der betreffenden Legierung gegeben ist. Diese Grenzen legen, zugleich auch den Temperaturbereich fest, in dem diese Legierungen in der oben beschriebenen. Artverwendet werden können. Die Kompensationsstärke ist jedoch von Legierung zu Legierung unterschiedlich und von dem tatsächlichen Temperaturwert des Curiepunktes unabhängig.
Die vorliegende Erfindung benennt nun Legierungen auf Eieen-Nickel-Molybc#än-Kupfer-Basis, die aufgrund relativ hoher Curietemperaturen den Einsatz dieser Legierungen als Feder- und Schwingelemente bei wesentlich höheren Temperaturen und in einem größeren Temperaturbereich möglich macht. Es muß jedoch als überraschend angesehen werden, daß trotz der Erhöhung der Curietemperatur eine hervorragende Kompensation im Temperaturbereich von - 500C bis zum Curiepunkt erhalten blieb. Zugleich weisen diese Legierungen andere, notwendige bzwo z@-ieclnaä,ßige Federeigenschaften, wie zoBo einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe Härte auf. Die erfindungsgemäßen Legierungen seien in den folgenden Beispielen näher beschrieben:- 1 o Beispiel Legierung 1).mit 40,15 f Ni 8,00 " Mo 2,90 '@ Cu 0,48 " Be ' 0,02 " Si Nest Fe Die Legierung wurde im Vakuum erschmolzen und in üblicher Weise warm und kalt bis auf einen Draht mit 7,07 mm Durchmesser verformt. Dieser Draht wurde dann 60 Minuten bei 1100o0 in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt. Darauf wurde der so behandelte Draht in zwei Zügen auf etwa 5 mm kalt heruntergezogen und anschließend bei 6700C in einer Wasserstoffatmosphäre für 30 Minuten ausgelagert und an Luft abgeschreckt. Diesem Draht wurden zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz bei Biegeschwingungen Proben von 140 mm Länge entnommen. z. Beispiel hegi.erüng@2) mit 40,25 % Ni 6913 '@ Mo 4,85 '@ Cu 0,50 " Be 0,01 " Si, Rest Fe Die Legierung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1) hergestellt, jedoch erfolgte die Auslagerung in der Wasserstoffatmosphäre bei 6400C a Diesem Draht wurden ebenfalls Proben von 140 mm Länge und 5 mm Durchmesser zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz bei Biegeschwingungen entnommen.' Beide erfindungsgemäßen Legierungen zeigten, daß sie mit den bekannten Legierungen in der unteren Grenze des Kompensationsbereiches von - 500C übereinstimmen. ' Jedoch war in den erfindungsgemäßen Legierungen die obere Kompensationsgrenze beträchtlich erhöht. In der nachstehenden Tabelle werden die obenbenannten erfinddungsgemäßen Legierungen mit einer bekannten Federlegierung verglichen, die jedoch keinen Kupferzusatz enthielt. Die Konzentrationen dieser Vergleichslegierung betrugen (in Gewichtsprozenten): 40 % Ni Mo o,5 " Be 0,2 " Si . 098 ,@ Min Rest Fe Die Vergleichslegierung wurde 31 % kaltverformt und anschliessend bei 6000C für-30 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht und an Luft abgeschreckt.

Der in der folgenden Tabelle aufgeführte Temperaturkoeffizient (TKf) der Eigenfrequenz für Biegeschwingungen wurde so ermittelt, daß zunächst die relative, auf + 200C bezogene EigenfrequenzC;;.nderung gegen die Meßtemperatur aufgetragen wurde und anschließend der Wert.der größten relativen Eigenfrequenzänderung durch den in Celsiusgraden ausgedrückten Wert des Meßtemperaturbereiches dividiert wurde.

T a b e 1 1 e

-------------------- --------------------

Nro Eigenschaft Legierung 1 Legierung 2 Bekannte Feder-

legierung ohne

Kupferzusatz

----------------------------- --------- ----------------------

1o innerhalb des

nebenstehenden

Temperaturbe- +20 bis +207°C +20 bis+256°C +2G bis+126°C

reiches ergab

sich der Wert _

des TK f zu: +2,7a10 6/°C + 1,8@10u6/°C -4,5010-6/°C

--------------------------------- - ------------- ------------ ------------

2. Im Temperatur-

Bereich von

20-100°C ergab

sich der TK f 6 0 6 o 6/o

zu: _ - -0,3010 / C -0,2010 / C -5,7.10J C

---------------------------

3< Vickershärte HV 10 460 kp/mm2 450 kp/rnm2 465 kp/mm2

bei 20°C

4o Elastizitätsmodul 17650-kp/mm2 17300 kp/mm2 17500 kp/mm2

bei 20°C

Stxeckgrenzeri 0,2 126 kp/inm2' -114 kp/mm2-------------

5. 1 08 kp/mm2

bei 20°C

6o^Zerreißfestigkeitc>B 137 kp/mm2 126 kp/mm2 s 133 kp/mm2

bei 20°C

------------------- -----------------------------------

7-. Schwinggüte longi-

tudinaler Schwingun-

gen; gemessen bei

15 KHz 25a103 230103 10010

bei 20°C

- -------------------- ------------ -------

(Die Werte in Nro 3-7 der Tabelle sind für die bekannte Legierung einem Material entnommen, das vor der Schlußglühung 50 ,S kaltverformt war).

Nro1 der Tabelle zeigt, daß die-erfindungsgemäßen Legierungen als Federelemente mit nahezu temperaturunabhängiger Federkonstante bis +256°C eingesetzt werden können, während dieser Einsatz bei der Vergleichslegierung nur bis etwa +126°C möglich ist. .-

Ferner zeigt die Tabelle in Nro 3-6 die vergleichbar guten

Feotigkeitswerte der erfilidungsgemäßen Legierungen.

Der besonders kleine TKf der erfindungsgemäßen Legierung im

Raumtemperaturbereich nach Nro2 der Tabelle, der um rund eine

Zehnerpotenz tiefer liegt als der der Vergleichslegierung,

macht sie besonders geeignet für den Einsatz als längs- und

Biegeschwinger in der Filtertechnik elektromagnetischer Schwin-

gungen.

3a Beisn_iel

Eine Legierung 3) mit 440,25 % Ni

6200 ,@ Ko

5,10 " Cu

0,60 '@ Be

0946 F' Si

0,23"Nn

Rest Fe ,

wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Jedoch wurde der auf

Endmaße gezogene Draht für 30 Minuten fei 1050QC in einer

Wasserstoffatmosphäre ausgelagert und anschließend in Wasser

abgeschreckt. An einer Probe des Drahtes wurde der TEf der

Eigenfrequenz für L,ngs Vachwingungen ermittelt. Abbo 1 zeigt

hierzu den Verlauf der relativen Eigenfrequenzänderung über

dem wichtigen Raumtemperaturbereicho Der TK f ergab sich in

dem Temperaturintervall von - 25o bis + 900C zu + 1,0.10-6'/°C.

Aus Abbo f geht besonders deutlich der nahezu lineare Verlauf

der relativen Prequenzänderung mit der Temperatur hervor, der

einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Legierungen ver-

ansc@aulichta Die-obere Grenze der Kompensation bei dieser

Legierung lag bei + 215.G.

Da es sich bei den erfindungsgemäßen Legierungen um aushärt-

bare Legierungen handelt, ist die Gurietemperatur und damit

die obere Kompensationsgrenze im gewissen Betrage durch Art

und Menge der aushärtenden Komponenten und der Aushärtungs-

behandlung abhängig. So sind die vorstehend aufgeführten.

Bervlliumzusätze zur Erzielung einer guten Aushärtbarkezt von

Federlegierungen bekannt. In einigen3@t@enelurtgen trag es. nun

erwünscht sein, besonders hohe Elästizitätsmoduln und Härten

zu erhalten.

Dies kann durch eine Erhöhung des Berylliumgehaltes erreicht

werden. Jedoch ist mit einer Erhöhung des Berylliumgehaltes

zugleich eine Erniedrigung der Curietemperatur und gegeiZenen-

falls ein Abfallen der Schwinggüte verbunden.

.Die erfindungsgemäßen Legierungen, die mit Vorteil auch als

Material für Torsionsschwingex verwendet werden können, um-

fassen vorzugsgreise den Konzentrationsbereich von'

35 - 45 % Ni ..

6 - 14- ,@ Mo

0,2 - 16 @' Cu

0,1 - 1,3" Be

0 - 095g Si .

0 - 0,811 T,in

Nest Fe

wobei gegebenenfalls der Kupfergehalt auf 30 % und der Bei #,l? i.-

umgehalt auf 3 f ausgedehnt werden kann

Claims

Patentansprüche 1#a) Verwendung einer Ni-Fe-Mo-Cu-,Legierung mit der Zusammen- setzung: 35 - 45 % Cu 6 - 14 @@ Mo - 0,2 - 30 " Cu 0,1 - 3 " Be 0 - 0,5" Si . 0 - 0,8" Mn Rest -Fe für Anordnungen, bei denen die elastischen Eigenschaften praktisch unabhängig von Änderungen der Temperatur sein sollen. 20) Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 für Schwing- elemente 30) Verssendung einer Legierung nach Anspruch 1 für Feder- elemente 40) Verwendung einer Legierung Nach Anspruch 1 bis 3 mit 40,15 % Ni 8,00 " Mo 2990 " Cu 0,48 " Be 0,02 " Si Rest Fe 5e) Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 bis 3 mit 40,25 Ni 6,13 " Mo 4,85 " Cu 0,50 " Be 0,01 " Si Rest F e 60) Versendung einer Legierung nach Anspruch 1 bis'3 mit 40,25 % Ni 6,00 @@ Mo 5910 @' Cu 0,60 @@ Be 0,46 " Si 0,23 " Mn Rest Fe